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POLIMENTO DO EFLUENTE DE LAGOAS FACULTATIVAS
ATRAVÉS DE COAGULAÇÃO/FLOCULAÇÃO/DECANTAÇÃO
Maria Letícia de A. F. Rocha(1)
Graduada em Engenharia Química pela Universidade Federal de Minas
Gerais (1992). Aluna de Mestrado do curso de Engenharia Ambiental
da Universidade Federal do Espírito Santo. Bolsista da CAPES.
Elaine Nolasco Ribeiro
Graduanda em Biologia pela Universidade Federal do Espírito. Aluna
de Iniciação Científica. Bolsista do CNPq.
Fernanda Aparecida Veronez
Graduanda em Engenharia Civil pela Universidade Federal do Espírito.
Aluna de Iniciação Científica. Bolsista do CNPq.
Gisele Medice Roriz
Graduanda em Engenharia Civil pela Universidade Federal do Espírito. Aluna de
Iniciação Científica. Bolsista do CNPq.
Ricardo Franci Gonçalves
Engenheiro Civil e Sanitarista - UERJ (1984). Pós-Graduado em Enga de Saúde Pública ENSP/RJ (1985), DEA Ciências do Meio Ambiente - Universidade Paris XII, ENGREF,
ENPC, Paris (1990). Doutor em Engenharia do Tratamento e Depuração de Águas INSA de Toulouse, França (1993). Prof. Adjunto do DHS e do PMEA - UFES.
Endereço(1): Universidade Federal do Espírito Santo - Av. Fernando Ferrari, s/no Goiabeiras - Vitória - ES - CEP: 29060-970 - Brasil - Tel: (027) 335-2857 - e-mail:
[email protected]
RESUMO
O presente trabalho teve o objetivo de avaliar a viabilidade do polimento de efluentes de
lagoas de estabilização pela via físico-química utilizando coagulantes comerciais e Lodo
Regenerado de ETAs, garantindo um padrão de qualidade que mantenha a integridade de
corpos d’água sensíveis à eutrofização. Nas etapas da pesquisa foram realizados ensaios
de “jar test” para cada coagulante em estudo, variando-se a concentração entre os jarros.
Os resultados obtidos em escala laboratorial indicam que o tratamento físico-químico é
uma excelente alternativa para polimento de efluentes de lagoas de estabilização. Baixas
concentrações dos coagulantes W8044, W8049 e Lodo Regenerado de ETAs mostraramse eficientes para atingir um padrão de DQO menor que 90 mg/l, SST menor que 30 mg/l
e Ptotoal menor que 1 mg/l.
PALAVRAS-CHAVE: Algas, Tratamento Físico-Químico, Tratamento Terciário,
Lagoas de Estabilização.
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INTRODUÇÃO
A preservação da qualidade das águas superficiais é essencial à manutenção do seu uso,
seja para o abastecimento, geração de energia ou lazer. Estudos sobre eutrofização
indicam a necessidade de controle do lançamento de efluentes em corpos d’água sensíveis
a este fenômeno. Efluentes de lagoas de estabilização apresentam-se como fonte de
nutrientes, principalmente sob a forma orgânica, como constituintes das algas. Uma
revisão dos principais processos de polimento de efluentes de lagoas de estabilização é
feita por Oliveira e Gonçalves, entre eles: Micropeneiras, Processo PETRO, Gramíneas,
Biofiltro aerado submerso e Processos físico-químicos. (Oliveira e Gonçalves, 1998).
A utilização de coagulantes para polimento do efluente de lagoas de estabilização
apresenta-se atualmente como uma solução rápida e de baixo custo de implantação,
podendo produzir efluentes de excelente qualidade. Aliado ao polimento físico-químico, a
regeneração e reciclo dos coagulantes presentes no lodo gerado nas Estações de
Tratamento de Água (ETA) se apresenta como uma interessante opção nos casos em que
o lodo possua aptidão à regeneração (Piotto, 1995). Além da minimização dos resíduos,
da recuperação dos coagulantes do lodo de ETAs e dos benefícios do tratamento físicoquímico de esgoto, a utilização dos coagulantes regenerados de lodos de ETAs resulta
ainda na redução de até 50% dos resíduos sólidos gerados em uma ETA, configurando-se
ainda na prática de uma solução conjunta de lodos de ETAs e ETEs na área da ETE.
Em lagoas facultativas o efluente final apresenta elevadas concentrações de algas (104 a
106 algas/l), constituindo uma fonte de matéria orgânica, nitrogênio e fósforo (Von
Sperlin,1996). Sua diversidade e biomassa são muito influenciadas pela carga orgânica da
lagoa e varia com as estações do ano, clima, latitude e qualidade do esgoto (König, 1998).
Dessa maneira, lagoas com parâmetros de projeto diferentes apresentarão efluentes com
diferentes características físico-químicas e microbiológicas.
Friedman et al (1977) estudaram a remoção de algas através de coagulação-floculaçãosedimentação, utilizando cal como coagulante nas concentrações de 300 a 500 mg/l
obtendo eficiências de remoção de sólidos suspensos de 80% a 90%. Ensaios de
coagulação-floculação-flotação, tendo como coagulante o Sulfato de Alumínio na
dosagem de 300 mg/l, produziram uma remoção de 90% de sólidos suspensos. A maior
vantagem da flotação frente à decantação está na menor dimensão do tanque separador, já
que seu tempo de residência necessário situa-se entre 7 e 20 min. Entretanto, a decantação
não exige o uso de equipamentos de injeção de ar, tornando o sistema mais simples no
que diz respeito à operação e manutenção.
Em recentes estudos, Piotto (1995) utilizou como coagulante o lodo regenerado de ETAs
(4% de sólidos e concentração de Al igual a 38,7 mg/ml). O processo de regeneração do
potencial de coagulação foi a solubilização dos cátions metálicos em meio ácido, com pH da
solução igual a 1,5. Bons resultados de clarificação e de remoção de matéria orgânica de um
efluente de lagoa de estabilização (contendo 202 mg/l de DQO e 179 mg/l de SST) foram
obtidos. Um efluente final de 96 mg/l de DQO e 69 mg/l de SST foi produzido utilizando
uma dosagem de 60 mg/l de coagulante regenerado. Infelizmente, a eficiência de
desfosfatação não foi avaliada. Brandão (1998) utilizou Lodo de ETAs em efluentes
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industriais e domésticos, obtendo para efluentes de lagoas facultativas uma remoção de 96%
de Ptotal.
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O presente trabalho tem como objetivo avaliar a viabilidade do tratamento terciário pela
via físico-química no efluente de lagoas facultativas, quanto à remoção de algas, SST,
Ptotal, DQO e coliformes fecais, mediante a utilização de coagulantes comerciais e Lodo
Regenerado de ETAs.
MATERIAIS E MÉTODOS
O polimento físico-químico via coagulação-floculação-decantação foi avaliado através de
ensaios de “jar test”. Foram utilizados efluentes de dois sistemas de lagoas operadas pela
CESAN: ETEs Jardim Camburi e Maringá. A ETE Jardim Camburi é composta de uma
lagoa aeróbia facultativa seguida de duas facultativas. Projetada para atender uma
população de 250.000, atualmente atende cerca de 90.000 habitantes. A ETE Maringá é
composta por uma lagoa anaeróbia seguida de uma facultativa e atende cerca de 2.000
habitantes.
Com objetivo de garantir um padrão de qualidade que mantenha a integridade de corpos
d’água sensíveis à eutrofização, tomou-se por base valores geralmente citados em normas
de vários países e alguns estados brasileiros: DQO menor que 90 mg/l, SST menor que 30
mg/l e Ptotal menor que 1mg/l.
O mesmo procedimento de amostragem foi seguido para os dois sistemas de lagoas em
estudo. Foram coletados, na saída da última lagoa facultativa, cerca de 50 litros de
amostra do efluente, sempre no mesmo horário. Amostras simples foram coletadas e
analisadas no mesmo dia. Além do coagulante regenerado a partir de lodo de ETAs,
testou-se os principais coagulantes e floculantes disponíveis no mercado do Espírito
Santo: Sulfato de Alumínio, Cloreto Férrico, W8044 e W8049. Estes produtos são
caracterizados na tabela 1.
Tabela 1 – Características dos coagulantes utilizados.
Coagulantes
Sulfato de Alumínio
Cloreto Férrico
Lodo Regenerado
W8044
W8049
Características
14% de Al2O3
97% de FeCl3
2.180mg/l de Al
Policloreto de Alumínio - ρ = 1,28 g/cm3
Mistura de sais de ferro - 34% FeCl3 / 0,5% FeCl2
Com o efluente coletado, foram realizados ensaios de “jar test” para cada coagulante em
estudo, variando-se a concentração entre os jarros. Após cada teste, amostras do efluente
tratado e do lodo gerado pelo processo físico-químico, foram coletadas e analisadas em
laboratório.
Procedimento de ensaio: em 6 jarros de 1,5 litros, colocou-se amostras do efluente bruto,
adicionando-lhe diferentes doses de coagulantes. Após um período de agitação intensa (2
minutos), com a finalidade de dispersar completamente o coagulante e promover a
coagulação, diminuiu-se a intensidade de agitação para dar início a floculação, por um
período de 10 minutos. Posteriormente, uma etapa de sedimentação foi realizada durante
30 minutos.
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Como parâmetros de controle foram avaliados DQO, SST, SF, SV, Ptotal, Volume de
lodo produzido, Clorofila a e Coliformes fecais. As técnicas de análises laboratoriais
foram determinadas conforme recomendação do Standard Methods For Water and
Wastwater Examination 19a Edition. A densidade de bactérias do grupo coliforme foi
realizada de acordo com a norma técnica L5.202 da CETESB e em conformidade com o
Standard Methods.
A identificação das algas presentes no efluente antes e após o tratamento físico-químico
foi feita utilizando amostras fixadas com lugol, sendo a diversidade algal determinada
através do microscópio óptico comum equipado com câmara clara e ocular de medição.
Amostras do efluente sem polimento foram mantidas sem fixador e sob refrigeração, para
a identificação de organismos vivos que possam perder a forma devido ao processo de
fixação. Os organismos foram identificados analisando-se suas características
morfológicas e morfométricas.
RESULTADOS
Apesar das diferenças de valores dos parâmetros físico-químicos entre os dois sistemas
estudados, observou-se que o aumento de concentração de coagulante eleva a eficiência
do tratamento físico-químico em ambos os casos. Os resultados médios obtidos para
Jardim Camburi e Maringá no horário da manhã são apresentados na tabela 2.
Tabela 2 – Parâmetros físico-químicos dos sistemas de tratamento estudados
ETE
Jardim Camburi
Maringá
Parâmetros do efluente sem tratamento
DQO (mg/l)
SST (mg/l)
235
116
160
67
Ptotal (mg/l)
5.4
4.4
Remoção de Sólidos Suspensos Totais
Em Jardim Camburi, nos testes com doses de 40 mg/l de W8044 e W8049 e de 60 mg/l de
Lodo Regenerado, foi possível obter um efluente com SST menor que 30 mg/l. Com
Sulfato de Alumínio e Cloreto Férrico isto só foi possível com doses de 120 mg/l. Uma
eficiência de remoção de 76% foi obtida nos testes utilizando o Lodo Regenerado como
coagulante. Os policloretos W8044 e W8049 alcançaram respectivamente 86% e 80% de
eficiência de remoção nas dosagens citadas. Em Maringá, doses de 60 mg/l de W8044,
W8049 e Lodo Regenerado permitiram obter um efluente final com 19 mg/l , 23 mg/l e
24 mg/l de SST respectivamente. Sulfato de Alumínio com doses de 120 mg/l atinge 22
mg/l de SST. Em todos os casos o a eficiência de remoção foi inferior a 80%.
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Figura 1 – Valores de SST após o tratamento físico-químico
Cl. Férrico
W8049
Lodo Reg.
W8044
Cl. Férrico
W8044
Sulf. Alumínio
100
160
140
120
100
80
60
40
20
0
80
SST (mg/l)
SST (mg/l)
W8049
Lodo Reg.
Sulf. Alumínio
60
40
20
0
0
20
40
60
0
80 100 120
20
40
60
80 100 120
Concentração do coagulante (mg/l)
Concentração do coagulante (mg/l)
ETE de Jardim Camburi
ETE de Maringá
Remoção de DQO
Para o efluente de Jardim Camburi, doses de 20 mg/l de W8044 e 40 mg/l de W8049
foram suficientes para produzir um efluente final com DQO de 78 mg/l e 61 mg/l
respectivamente. Utilizando-se Lodo Regenerado como coagulante, na concentração de
60 mg/l foi obtido 68 mg/l de DQO. Para o Cloreto Férrico e Sulfato de Alumínio , doses
de 80 mg/l e 100 mg/l são necessárias para alcançar o padrão estabelecido. Para todos os
coagulantes não se obteve eficiência superior a 75% de remoção.
Para a ETE de Maringá, foram obtidas eficiências de remoção menores que 60%. Uma dose
de 40 mg/l de Lodo Regenerado e W8049 alcançaram 67 mg/l e 83 mg/l de DQO
respectivamente. Resultado semelhante, 78 mg/l foi obtido para W8044 na mesma dosagem.
O Sulfato de Alumínio só atinge os padrões esperados na concentração de 120 mg/l.
Figura 2 – Valores de DQO total após o tratamento físico-químico
Cl. Férrico
W8049
Lodo Reg.
Cl. Férrico
W8049
Lodo Reg.
W8044
Sulf. Alumínio
200
300
250
DQO total (mg/l)
DQO total (mg/l)
W8044
Sulf. Alumínio
200
150
100
50
150
100
50
0
0
0
20
40
60
80 100 120
Concentração do coagulante (mg/l)
ETE de Jardim Camburi
0
20
40
60
80 100 120
Concentração do coagulante (mg/l)
ETE de Maringá
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Remoção de Fósforo Total
Teores de Fósforo Total menor que 1 mg/l no efluente de Jardim Camburi após o polimento
foram obtidos com as seguintes doses de coagulantes: 60 mg/l para o W8044, 40 mg/l de
Lodo Regenerado de ETAs e 40 mg/l para o W8049. Nestas dosagens, um efluente com
concentrações de cerca de 0,4 mgP/l, 0,6 mgP/l e 0,9 mgP/l, respectivamente, foram obtidas
no sobrenadante dos jarros. Nos testes com Sulfato de Alumínio e Cloreto Férrico só foi
possível atingir tal valor com doses iguais ou superiores a 100 mg/l.
Para o efluente de Maringá com 60 mg/l de W8044 e W8049 foram obtidos 0,9 mgP/l e
0,8 mgP/l. Uma dose semelhante forneceu um efluente com 0,6 mgP/l quando o
coagulante utilizado foi o Lodo Regenerado. Sulfato de Alumínio e Cloreto Férrico não
atingem o esperado.
Figura 3 – Valores de Ptotal após o tratamento físico-químico
W8049
Lodo reg.
Cl. Férrico
W8049
Lodo Reg.
W8044
6,0
5,0
5,0
4,0
4,0
P total (mg/l)
Ptotal (mg/l)
W8044
Sulf. Alumínio
3,0
2,0
1,0
0,0
3,0
2,0
1,0
-
0
20
40
60
80 100 120
Concentração do coagulante (mg/l)
ETE de Jardim Camburi
0
20 40 60 80 100 120
Concentração do coagulante (mg/l)
ETE de Maringá
Remoção de algas
Na determinação microscópica da diversidade algal do efluente de Jardim Camburi, dois
grupos de algas foram registrados em abundância, até o momento: Euglenophyta,
representada pelo gênero Euglena, sempre abundante e Cyanophyta, registrada através de
grandes quantidades de Oscillatória e Ankistrodesmus, com poucos exemplares. Os
grupos Chlorophyta e Bacillariophyta também estiveram presentes, porém em menor
quantidade e com variações sazonais. Após o tratamento fisico-químico, os gêneros
Euglena e Oscillatória foram os únicos observados no efluente e em pequena quantidade.
Análises de clorofila a, realizadas paralelamente à identificação, confirmam a redução na
concentração algal. O efluente de lagoa facultativa apresenta valores de clorofila a
próximos a 70 µg/l. Para dosagens de 60 mg/l dos coagulantes W8044 , W8049 e Lodo
Regenerado atingiu-se resultados de clorofila a menores que 10 µg/l.
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A tabela 3 mostra as concentrações de coagulante que em média permitiram alcançar o
padrão desejado para as duas ETEs. Observou-se que Maringá exige doses um pouco
mais elevadas de coagulante ou nem atinge o esperado nos testes com os coagulantes
Cloreto Férrico e Sulfato de Alumínio. De maneira geral, as eficiências de remoção foram
maiores em Jardim Camburi do que em Maringá.
Tabela 3 - Valores médios de coagulantes para alcançar o padrão de qualidade.
Valores médios para a concentração de coagulante (mg/l)
ETE
W8044
W8049
Lodo Reg.
Cl. Férrico
Sulf. de
Alumínio
J. Camburi
40
40
60
>100
>100
Maringá
60
60
60
Remoção de Coliformes Fecais
Nos testes realizados com o efluente de Camburi, a concentração de coliformes fecais na
saída da lagoa facultativa é de 2,8x105 NMP/100ml. As eficiências quanto a remoção de
coliformes fecais obtidas foram de 99,74% e 99,38% para 40 mg/l de W8044 e W8049,
respectivamente, e de 96,07% para 60 mg/l do Lodo Regenerado. O efluente da lagoa
facultativa do sistema de Maringá apresenta concentração de 2,3x104 NMP/100ml. As
eficiências obtidas utilizando-se este efluente foram de 98,26%, 90,0% e 99,995% para
60 mg/l de W8044, W8049 e de Lodo Regenerado respectivamente. Com o efluente de
Camburi, utilizando-se o W8049 como coagulante, foi possível obter resultados de até
102 NMP/100ml para as maiores concentrações. Para os testes realizados com o efluente
de Maringá, W8044, W8049 e Lodo Regenerado permitiram a obtenção de concentrações
da ordem de 102 NMP/100ml de coliformes fecais. Muito embora necessitando de
confirmações com base em outros testes, os resultados de remoção de coliformes fecais
são extremamente promissores quando analisados do ponto de vista do reuso dos
efluentes tratados. De acordo com legislações rigorosas sobre reuso de efluentes tratados
na agricultura, no tocante apenas ao ítem coliformes fecais, densidades de
microrganismos inferiores a 103 NMP/100ml viabilizam a irrigação irrestrita e é
considerado perfeitamente aceitável como critério de balneabilidade em diversos países
(Bastos, 1996).
Produção de lodo
Uma das principais desvantagens do tratamento físico-químico por coagulaçãofloculação-decantação é a significativa produção de lodo. O aumento na produtividade de
lodos em plantas com lagoas de estabilização pode se constituir em um problema de
difícil solução, sobretudo nos casos onde não há disponibilidade de áreas para o
tratamento do excesso de lodo. Não obstante, em ETEs dispondo de uma ou mais lagoas
anaeróbias, tais reatores podem assumir importantes tarefas (adensamento e digestão)
envolvidas na gestão do lodo produzido na etapa físico-química de tratamento.
Pelo acima exposto, a seleção de um coagulante deve ser realizada com base na sua
eficiência no tratamento da fase líquida e no resultado da produção de lodo. Os testes
realizados com os produtos W8044 e W8049 apresentaram maiores resultados quanto a
produtividade de lodo. Observou-se que, com o efluente de Camburi para a dosagem de
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40 mg/l destes coagulantes foram gerados volumes de lodo de 42 ml/l e 44 ml/l,
respectivamente. Estes valores são superiores ao volume produzido pelo Lodo
Regenerado, 37 ml/l na concentração de 60mg/l. De maneira geral com o efluente de
Maringá os resultados de produtividade de lodo, embora próximos entre si, foram
superiores as obtidos com Camburi. Para dosagem de 60 mg/l dos coagulantes W8044,
W8049 e Lodo Regenerado obteve-se 135 ml/l, 135 ml/l e 180 ml/l, respectivamente.
Análises de sólidos totais indicaram teores de 0,5% no lodo produzido dos quais grande
parte é matéria orgânica removida pelo tratamento. Isto pode ser comprovado pelos altos
teores de sólidos voláteis encontrados para W8044 (82%), W8049 (76%) e Lodo
Regenerado (72%), nas concentrações que alcançam os padrões de qualidade desejados.
Deve ser salientado que os volumes acima relacionados referem-se ao lodo não adensado,
em condições bastante diferentes daquelas encontradas no interior das próprias lagoas.
Estudo de Campo
Estes resultados nortearão os testes em escala real a serem realizados na estação de
tratamento de Maringá, composta por uma lagoa anaeróbia e uma facultativa funcionando
em série (Figura 4). Será construída uma unidade de tratamento físico-químico dentro da
lagoa facultativa, constituída de um tanque de mistura rápida, um floculador granular e
um decantador lamelar. O lodo decantado será continuamente recirculado para
adensamento e digestão na lagoa anaeróbia. Sua produtividade será avaliada através de
campanhas batimétricas e testes de sedimentabilidade. A frequência de descarte será
definida em função do desempenho do tratamento anaeróbio. Um leito de secagem será
utilizado para desidratação do lodo de descarte, nos testes que iniciarão no mês de janeiro
de 1999.
Figura 4 - Croqui do processo de polimento do efluente de um sistema australiano
de lagoas através de coagulação-floculação-decantação.
L e ito d e
secag em
c o a g u la n te
p r é -tra ta m e n to
Lagoa
A n a e ró b ia
C o a g u la ç ã o
F lo c u la ç ã o
D e c a n ta ç ã o
L a g o a fa c u lt a t iv a
e f lu e n t e t r a t a d o
B om ba de
lo d o
r e t o r n o d e lo d o
Com relação à produção de lodo, comparando o processo de polimento de efluentes via
coagulação-floculação-decantação com sistemas de lodos ativados, sob as mesmas
condições de entrada, observa-se que o primeiro gera maiores volumes de lodo que o
segundo. Porém, a recirculação para a lagoa anaeróbia permitirá, além do adensamento, a
digestão de grande parte da matéria orgânica presente, reduzindo assim, cerca de 50% da
massa de sólidos gerada pelo tratamento físico-químico a ser descartada. Além disso, a
adequação do polimento físico-químico à ETE exige menor consumo de energia e índice
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de mecanização em relação ao sistema de lodos ativados.
CONCLUSÕES
Os resultados obtidos em escala laboratorial indicam que o tratamento físico-químico é
uma excelente alternativa para polimento de efluentes de lagoas de estabilização,
indicando que sem grandes investimentos, é possível se adequar a ETEs, obtendo um
efluente final de excelente qualidade.
Os dois sistemas estudados apresentaram resultados diferentes quanto às dosagens de
coagulantes necessárias para a obtenção de um efluente final dentro dos padrões de
qualidade requeridos. Nos dois casos os coagulantes W8044, W8049 e Lodo Regenerado
mostraram-se mais eficientes que o Cloreto Férrico e o Sulfato de Alumínio.
Para Jardim Camburi doses de 40 mg/l de W8044 e W8049 e 60 mg/l de Lodo
Regenerado mostraram-se suficientes para atingir valores de DQO menor que 90 mg/l,
SST menor que 30 mg/l e Ptotal menor que 1 mg/l. Em Maringá essas doses se elevam para
60mg/l para os três coagulantes.
A opção de utilização do Lodo Regenerado mostra-se extremamente interessante por dois
motivos: a eficiência do coagulante e a possibilidade de disposição racional de grandes
quantidades de lodo de ETAs, proporcionando uma solução conjunta entre ETAs e ETEs.
O retorno do lodo gerado pelo processo físico-químico para a lagoa anaeróbia e sua
posterior digestão e adensamento, reduz o volume de lodo a ser descartado pela ETE,
resumindo-se apenas àquele gerado na lagoa anaeróbia. Este, após secagem e
higienização, poderá ser usado como insumo agrícola.
AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem ao PROSAB pelo auxílio financeiro e à CESAN pelo apoio técnico e logístico.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
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Bastos, R.K.X. Reuso de efluentes. Seminário Internacional sobre Tendência no Tratamento
Simplificado de Águas Residuárias Domésticas e Industriais. DESA – UFMG - Belo Horizonte (MG),
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Brandão, J.T. Recuperação de coagulantes através de solubilização pela via ácida de lodos de
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Köning, Annemarie. Aspéctos Teóricos e Práticos sobre Algas e Parasitos Intestinais em Estação
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Piotto, Z. C.. Regeneração do potencial de coagulação de lodos químicos de estações de tratamento
de água para reutilização no tratamento físico-químico de diferentes tipos de águas residuárias.
Vitória, 1995, Dissertação submetida ao Programa de Mestrado em Engenharia Ambiental da
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